一種含風電電力系統概率潮流計算方法
【專利摘要】本發明涉及一種含風電電力系統概率潮流計算方法。本發明考慮風電和負荷的不確定性，采用數學手段建立節點注入功率和概率潮流的對應函數關系，將電力系統視為黑盒，依賴于選取的采樣點，計算電力系統輸入與輸出之間的關系。本發明方法原理簡單，相對于傳統的概率潮流計算中采用上萬次的確定性潮流計算相比，該方法只需要對采樣點進行有限次的確定性潮流計算，有效地提高了計算效率。
【專利說明】
一種含風電電力系統概率潮流計算方法
技術領域
[0001] 本發明涉及電力系統運行與控制領域，特別是涉及一種含風電電力系統概率潮流 計算方法。
【背景技術】
[0002] 在全球化的傳統化石能源枯竭、環境污染和能源安全問題日益突出的背景下，大 力發展風能等可再生能源發電成為世界各國的重大戰略選擇。但由于風的間歇性和隨機性 特點，使得大規模的風電接入給電力系統的安全穩定運行帶來了嚴峻的挑戰。因此，研究電 力系統進行靜態安全評估方法對于提高電力系統安全運行的可靠性具有重要的現實意義。
[0003] 目前，電力系統靜態安全評估方法可以分為三種:確定性評估方法、概率性評估方 法和風險評估方法。確定性評估只重視最嚴重的事故，結果顯得過于保守;概率性評估只考 慮了事故發生的概率，沒有計及事故造成的后果，不能很好地協調安全與經濟的關系;風險 評估將導致事故的可能性和嚴重度聯系起來，從而反映電力系統的經濟安全指標，且隨著 電力市場環境下電力系統運行對經濟性的不斷追求，風險評估方法逐步成為電力系統靜態 安全評估方法主流而取代確定性評估和概率性評估。
[0004] 然而，當前電力系統靜態安全風險評估方法普遍存在效率不高的問題。因此，研究 尋找一種具有高效率的概率潮流計算方法具有重要意義。

【發明內容】

[0005] 本發明的目的在于提供一種含風電電力系統概率潮流計算方法。該方法屬于侵入 式算法，考慮風電和負荷的不確定性，采用數學手段建立節點注入功率和概率潮流的對應 函數關系，將電力系統視為黑盒，依賴于選取的采樣點，計算電力系統輸入(節點注入功率 的波動量)與輸出(狀態變量)之間的關系。本發明方法原理簡單，相對于傳統的概率潮流計 算中采用上萬次的確定性潮流計算相比，該方法只需要對采樣點進行有限次的確定性潮流 計算，有效地提高了計算效率。
[0006] 本發明所采用的技術方案是：
[0007] 在綜合考慮短期風電功率和負荷預測誤差兩個因素的基礎上，提出了一種含風電 電力系統概率潮流計算方法，包括如下步驟：
[0008] A.建立節點注入功率的波動量的正態分布模型；
[0009] 所述節點為風電節點和負荷節點；
[001 0] B.利用隨機因子法表征節點注入功率的波動量，建立節點注入功率的波動量（即 系統輸入量)和標準正態分布隨機變量間的映射關系；
[0011] C.將狀態變量表示為以標準正態分布隨機變量為自變量的Hermite隨機多項式， 建立狀態變量(即系統輸出量)和標準正態分布隨機變量間的映射關系；
[0012] D.通過正交配點法選擇適當的采樣點，計算Hermite隨機多項式中的待定系數； [0013] E.根據Hermite隨機多項式確定狀態變量的概率分布。
[0014] 在上述方法中，所述狀態變量為節點電壓和/或支路潮流。
[0015] 在上述方法中，步驟A為:根據選取節點的短期風電功率和負荷預測誤差的歷史統 計數據，得到短期風電功率預測誤差和負荷預測誤差的正態分布模型，用短期風電功率預 測誤差減去負荷預測誤差，得到節點注入功率的波動量的正態分布模型。
[0016] 在上述方法中，步驟B為:設節點注入功率的波動量是服從正態分布的隨機變量， 用隨機因子表示;進一步將隨機因子用標準正態分布隨機變量表示;建立節點注入功率的 波動量和標準正態分布隨機變量間的映射關系。
[0017] 在上述方法中，步驟D中的待定系數的計算方法如下：
[0018] 將采樣點值代入確定性潮流計算方程，得到相應的狀態變量結果；
[0019] 將采樣點值以及相應的狀態變量結果代入Hermite隨機多項式，得到待定系數的 值。
[0020]在上述方法中，步驟D中，在選擇米樣點時，優先選擇尚概率區域的米樣點，零點是 采樣點的首選項且選擇采樣點的數目為待定系數的數目的兩倍;所述高概率為在系統輸入 時出現的概率大于30 %。
[0021]在上述方法中，可供選擇的采樣點數為:對于s階Hermite隨機多項式展開的采樣 點通過s+1階Hermite隨機多項式的根來確定;一個n維s階Hermite隨機多項式展開的項數 Nl = (n+s) !/(n!s!)，可供選擇的采樣點數N2 = (s+l)n。
[0022]本發明所提供的含風電電力系統概率潮流計算方法，屬于侵入式算法，考慮風電 和負荷的不確定性，采用數學手段建立節點注入功率和概率潮流的對應函數關系，將電力 系統視為黑盒，依賴于選取的采樣點，計算電力系統輸入與輸出之間的關系。本發明方法原 理簡單，相對于傳統的概率潮流計算中采用上萬次的確定性潮流計算相比，該方法只需要 對采樣點進行有限次的確定性潮流計算，有效地提高了計算效率。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發明的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0024]以下結合附圖對本發明作進一步詳細說明。
[0025]如圖1所示，本發明所述的一種含風電電力系統概率潮流計算方法，包括如下步 驟：
[0026]步驟A.建立節點注入功率的波動量的正態分布模型：
[0027] 根據選取節點的短期風電功率和負荷預測誤差的歷史統計數據，得到短期風電功 率預測誤差Ewind和負荷預測誤差E lciad的正態分布模型，由于服從正態分布的隨機變量的線 性組合仍然服從正態分布，因此可以建立節點注入功率的波動量A W = Ewind-Elciad的正態分 布模型；
[0028] 步驟B.利用隨機因子法表征節點注入功率的波動量，建立節點注入功率的波動量 (即系統輸入量)和標準正態分布隨機變量間的映射關系：
[0029]設節點注入功率的波動量A W是服從正態分布的隨機變量，用隨機因子表示為：
[0030] AW = AWU *AW (1).
[0031] 式⑴中：AF為節點注入功率的波動量AW的均值，AW#為隨機因子；
[0032] 進一步將隨機因子用標準正態分布隨機變量式(2)表示：
[0033] | = [U2,…，|n]T (2);
[0034] 狀態變量需要用隨機因子表示，而隨機因子可以用式(2)表示，因此狀態變量可以 用式(2)中的參數表示，其中隨機因子可以看成是一個傳遞媒介。
[0035] 式(2)中為標準正態分布隨機變量;n為|中的變量個數;T是數學符號中轉置的 意思；
[0036] 步驟C.將狀態變量節點電壓和/或支路潮流表示為標準正態分布隨機變量為自變 量的Hermite隨機多項式，建立狀態變量（即系統輸出量)和標準正態分布隨機變量間的映 射關系:將狀態變暈用式（2)表示，故狀態變暈的Hermite隨機多項式展開形式表示為：
[0038] 式（3)中：
[0039] Y為狀態變量，即節點電壓和/或支路潮流；
[0040] ao、aii、am2、aiii2i3 等為待定系數；
[0041 ] n為標準正態分布的個數；
[0042] 0、ii、i2、i3均為Hermite隨機多項式的階數；
[0043] r n(U2,…，IP)為p階Hermite隨機多項式，其表達式如式⑷所示：
[0045]式(4)中：3是數學計算求導算子為標準正態分布隨機變量;n為|中的變量個數； T是數學符號中轉置的意思；
[0046] 步驟D.通過正交配點法選擇適當的采樣點，計算Hermite隨機多項式式(3)中的待 定系數：
[0047]式(3)中的待定系數可通過正交配點法計算，對于s階隨機多項式展開的采樣點通 過s+1階Hermite隨機多項式的根來確定;一個n維s階Hermite隨機多項式展開的項數Nl = (n+s)!/(n!s!)，可供選擇的采樣點數N2 = (s+l)n，在選擇采樣點時，應優先選擇高概率區 域(在系統輸入時出現的概率大于30%)的點，根據標準正態分布的概率特性，零點（零點表 示原點)應包括在高概率區間之內，故零點是采樣點的首選項，且選擇采樣點的數目一般為 待定系數的數目的兩倍，這樣可以平衡每個采樣點的影響，得到穩健性較好的計算結果； [0048]依據上述原則選好采樣點后，將采樣點值代入確定性潮流計算方程式(5)，得到相 應的狀態變量結果：
[0049] Z = f(x) (5)；
[0050] 式(5)中：x為采樣點值;Z為計算狀態變量結果;f為確定性潮流計算方程。
[0051] 然后將采樣點值以及相應的狀態變量結果代入式（3)，得到一個以待定系數ao、 &11、&1112、 &111213等為未知數的線性代數方程組，求解這個線性方程組可得待定系數aodu、 aiii2>aiii2i3
[0052]步驟E.根據Hermi te隨機多項式（即式(3))確定狀態變量節點電壓和/或支路潮流 的概率分布：
[0053]根據所確定的待定系數30、311、31112、3也213等，明確狀態變量的1161'111；^6隨機多項 式即式(3 )后，確定狀態變量的概率分布。
[0054]以上所述，僅是本發明的較佳實例而已，并非對本發明作任何形式上的限制，本領 域技術人員利用上述揭示的技術內容做出些許簡單修改、等同變化或裝飾，均落在本發明 的保護范圍內。
[0055]本說明書中未作詳細描述的內容屬于本領域專業技術人員公知的現有技術。
【主權項】
1. 一種含風電電力系統概率潮流計算方法，包括如下步驟： A. 建立節點注入功率的波動量的正態分布模型； B. 利用隨機因子法表征節點注入功率的波動量，建立節點注入功率的波動量和標準正 態分布隨機變量間的映射關系； C. 將狀態變量表示為以標準正態分布隨機變量為自變量的Hermite隨機多項式，建立 狀態變量和標準正態分布隨機變量的映射關系； D. 通過正交配點法選擇適當的采樣點，計算步驟C中Hermite隨機多項式中待定系數的 值； E. 根據步驟D得到的Hermite隨機多項式確定所述狀態變量的概率分布。2. 如權利要求1所述的含風電電力系統概率潮流計算方法，其特征在于:所述狀態變量 為節點電壓和/或支路潮流。3. 如權利要求1所述的含風電電力系統概率潮流計算方法，其特征在于:步驟A為:根據 選取節點的短期風電功率和負荷預測誤差的歷史統計數據，得到短期風電功率預測誤差和 負荷預測誤差的正態分布模型，用短期風電功率預測誤差減去負荷預測誤差，得到節點注 入功率的波動量的正態分布模型。4. 如權利要求1所述的含風電電力系統概率潮流計算方法，其特征在于:步驟B為:設節 點注入功率的波動量是服從正態分布的隨機變量，用隨機因子表示;進一步將隨機因子用 標準正態分布隨機變量表示;建立節點注入功率的波動量和標準正態分布隨機變量間的映 射關系。5. 如權利要求1所述的含風電電力系統概率潮流計算方法，其特征在于：步驟D中的待 定系數的計算方法如下： 將采樣點值代入確定性潮流計算方程，得到相應的狀態變量結果； 將采樣點值以及相應的狀態變量結果代入Hermite隨機多項式，得到待定系數的值。6. 如權利要求5所述的含風電電力系統概率潮流計算方法，其特征在于:步驟D中，在選 擇采樣點時，優先選擇高概率區域的采樣點，零點是采樣點的首選項且選擇采樣點的數目 為待定系數的數目的兩倍;所述高概率為在系統輸入時出現的概率大于30%。7. 如權利要求1所述的含風電電力系統概率潮流計算方法，其特征在于:可供選擇的采 樣點數為:對于s階Hermite隨機多項式展開的采樣點通過s+1階Hermite隨機多項式的根來 確定;一個η維s階Hermite隨機多項式展開的項數NI = (n+s) !/(n!s!)，可供選擇的采樣點 數 N2 = (s+l)n。
【文檔編號】H02J3/06GK105958495SQ201610411982
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月14日
【發明人】葉林, 張亞麗, 苗麗芳, 饒日晟
【申請人】中國農業大學